Прилади магнітоелектричної системи

Принцип роботи приладів магнітоелектричної системи основам на використанні електромагнітної сили взаємодії провідника зі струмом і магнітного поля постійного магніту.

Прилад складається з постійного магніту I підковоподібної форми, до полюсів якого прикріплені полюсні наконечники 2 з магнітно-м'якої сталі з циліндричної виточенням (рис. 55). Міжполюсними наконечниками нерухомо укріплений сердечник 3 циліндричної форми з м'якої литої сталі. Сердечник служить для створення в повітряному проміжку досить сильного, однорідного магнітного поля. У повітряному зазорі вільно повертається укріплена на осі рухлива котушка 4, що охоплює циліндричний сердечник 3. Ця котушка і є рухомою частиною приладу. На одній осі з котушкою укріплена вказівний стрілка 5, кінець якої переміщається по шкалі приладу 6.

Малюнок 55. Пристрій приладу електровимірювання магнітоелектричної системи

Для отримання високої точності і чутливості рухлива котушка виконується легкої і складається з тонкої алюмінієвої рамки прямокутної форми, на яку намотано W витків тонкого мідного ізольованого проводу. Опір котушки дорівнює 5 Ом і вона допускає незначні за величиною струму, що не перевищують 30 мА.

З кожного боку котушки на півосях закріплені дві спіральні пружинки 7. Вони служать для підведення вимірюваного струму до рухомої котушці і створення протидіє моменту, виготовляються пружинки магнітною, зазвичай з фосфористої бронзи. При протіканні струму по котушці, внаслідок взаємодії магнітного поля магніту з цим струмом, на кожен провідник котушки буде діяти електромагнітна сила F, напрям дії якої визначається правилом "лівої руки" (рис. 55). Величина цієї сили визначається формулою:

де: В - індукція магнітного поля;

I - величина струму в котушці;

l - активна довжина провідника;

W - число витків котушки;

- кут між напрямком магнітних ліній і напрямком струму в провіднику.

Оскільки магнітні лінії поля спрямовані нормально до котушки, то:

Отримана пара сил (див. Рис. 54) створює крутний момент, під дією якого котушка разом зі стрілкою повертається на кут.

де: d - ширина котушки;

Рухома котушка буде повертатися до тих пір, поки що обертає зараз не урівноважиться протидіє моментом спіральних пружинок, пропорційним розі їх закручування.

де: - коефіцієнт, який визначає питому момент закручування пружинок.

Рівновага рухомої частини настає і стрілка встановлюється на певному розподілі шкали при рівності моментів. тобто коли:

Звідси визначиться кут повороту стрілки по шкалі приладу.

тобто він пропорційний величині вимірюваного струму. Це свідчить про те, що шкала магнітоелектричних приладів рівномірна, і чутливість в будь-якій точці шкали однакова.

Якщо змінити напрямок струму в рухомий котушці, то зміниться і напрямок крутного моменту, стрілка буде відхилятися в зворотну сторону, тобто вліво від нульової позначки. Тому при включенні в ланцюг даних приладів слід враховувати полярність затискачів, яка зазвичай позначається знаками «+» і «-».

При включенні магнітоелектричного приладу в ланцюг змінного струму на котушку приладу діє швидко змінюються за величиною і напрямком механічні сили, середнє значення яких дорівнює нулю. В результаті стрілка приладу не буде відхилятися від нульового положення. Саме тому ці прилади не можна застосовувати для вимірювань в ланцюгах змінного струму.

Заспокоєння (зменшення) рухомої частини зі стрілкою відбувається завдяки тому, що при переміщенні алюмінієвої рамки (каркаса котушки) в магнітному полі постійного магніту в ній индуктируются вихрові струми. Напрямок цих струмів за принципом Ленца таке, що при взаємодії їх з магнітним полем створюються гальмують сили, що сприяють швидкому заспокоєнню рухомої частини.

Розглянутим тут магнітоелектричним приладом можна безпосередньо виміряти струм до 30 мА і напруга до 150 мВ. Тому для розширення меж вимірювання амперметри забезпечуються шунтами, а вольтметри - додатковими опорами.

Прилади магнітоелектричної системи володіють наступними перевагами:

1. мають високу чутливість;

2. мають рівномірну шкалу по всій її довжині;

3. мають високу точність вимірювання, і хороше заспокоєння рухомої частини.

4. власне споживання потужності мало, 0,3 до 1,3 Вт.

До недоліків цих приладів відносяться:

1. мала перевантажувальна здатність;

2. висока вартість;

3. непридатність для вимірювань в ланцюгах змінного струму.